Segundo Filatro (2008) no processo de constru¸c˜ao de OEAs ´e fundamental considerar as caracter´ısticas da interface humano - compu- tador(IHC) pois toda a intera¸c˜ao do aluno com conte´udo, ferramentas e outras pessoas se da atrav´es desta.
Filatro (2008) identifica e fundamenta alguns elementos do de- sing de interface que devem ser observados para a constru¸c˜ao dos conte´udos de um OEA efetivo:
• Textos curtos sem rolagem e objetivos: O autor salienta que os textos contidos nos OEAs devem, dentro do poss´ıvel, serem objetivos e n˜ao ultrapassarem o tamanho da tela do usu´ario; • Listas numeradas e uso de marcadores: todas as lista de
´ıtens devem ser apresentadas de forma clara e ´e incentivado o uso de marcadores e numera¸c˜ao acompanhado cada ´ıtem;
• Palavras chaves destacadas: as palavras chaves do texto de- vem ser grifadas utilizando elementos de formata¸c˜ao como cores e negrito;
Figura 7 – Elementos do padr˜ao LOM em sua hierarquia. Fonte: adap- tado de (VIAN, 2010)
• Tipografia: a fam´ılia de letras e sua aplica¸c˜ao deve ser pensada em rela¸c˜ao ao usu´ario e a forma de acesso ao OEA, a tipografia ´e um campo de estudo extenso e deve ser abordado com a devida Aten¸c˜ao a seus diversos elementos.
A implementa¸c˜ao de OEA levando em conta os aspectos de- sej´aveis de IHC deve contemplar a usabilidade como um elemento im- portante para o desempenho pedag´ogico do objeto. Filatro (2008), apropria para os OEAs as heur´ısticas propostas por Nielsen (1994) e define como importantes, do ponto de vista da usabilidade, dentre ou- tros, os seguintes pontos:
• Visibilidade do status: o OEA deve disponibilizar uma forma clara para localizar o usu´ario dentro do conte´udo e o seu pro- gresso, como por exemplo, trilhas de migalhas, mapas de na- vega¸c˜ao ou barras de progresso ;
• Compatibilidade com o mundo real: o OEA deve utilizar termos e palavras compat´ıveis com a realidade do usu´ario e seu meio, preferindo termos familiares ao grupo que se destina; • Consistˆencia e padr˜oes(visual, mecˆanico e conceitual): o
usu´ario n˜ao deve ser apresentado a diferentes situa¸c˜oes, palavras ou a¸c˜oes representando a mesma coisa dos pontos de vista vi- sual(a interface n˜ao pode alterar sua identidade de uma ponto para outro), mecˆanica(as estruturas de uso e navega¸c˜ao devem ser mantidas) e conceitual(a apresenta¸c˜ao e linguagem do conte´udo ´e uniforme em todo o OEA).
Sintetizando as quest˜oes de interface e usabilidade Filatro (2008) prop˜oes diretrizes para a confec¸c˜ao de OEA, no escopo deste trabalho destacam-se:
• Use Gr´aficos;
• Mantenha pr´oximos os ´ıtens relacionados; • Use ´audio para descrever gr´aficos;
• Ofere¸ca apoio navegacional apropriado; • Assegure a coerˆencia;
• Ap´oie a interatividade; • Links de menu/sum´ario;
• Linguagem acess´ıvel; • Ofere¸ca Ajuda;
• Use um design de tela apropriado.
Fleming (1987) por sua vez apresenta seis elementos necess´arios para aprendizagem, a saber:
1. aten¸c˜ao
2. percep¸c˜ao e recorda¸c˜ao 3. organiza¸c˜ao e seq¨uˆencia 4. instru¸c˜ao e avalia¸c˜ao 5. participa¸c˜ao do estudante
6. pensamento de ordem superior e forma¸c˜ao de conceito.
Em Fahy (2004) ´e apresentada a rela¸c˜ao entre os elementos ne- cess´arios para aprendizagem de Fleming (1987) e a constru¸c˜ao de OEA baseados em multim´ıdia para aprendizagem assistida por computador. Fahy (2004) salienta que um fator chave para a aprendizagem segundo Fleming (1987) ´e a aten¸c˜ao. Neste contexto o autor apresenta as ca- racter´ısticas desej´aveis deste tipo de m´ıdia relativas a este aspecto:
• Mudan¸cas e varia¸c˜oes podem ajudar a criar e sustentar Aten¸c˜ao (aplic´aveis a gr´aficos, legendas, ilustra¸c˜oes);
• Chamar Aten¸c˜ao atrav´es de t´ıtulos, cores, imagens de impacto, anima¸c˜oes e adi¸c˜ao de outros sentidos(som);
• Criar expectativas, trabalhar com incertezas, surpresas, enredos. Com rela¸c˜ao a arquitetura da informa¸c˜ao, Pereira (2014d) apre- senta um estudo das caracter´ısticas dos OEAs e define uma tipologia para classifica¸c˜ao de OEAs. A tipologia proposta por Pereira (2014d) considera, principalmente, dois asp´ectos dos objetos: a) seu conte´udo educacional principal, que consiste, por exemplo, no texto, anima¸c˜ao, v´ıdeo ou qualquer recurso hipertextual pedag´ogico utilizado, e b) nos elementos de navega¸c˜ao, identifica¸c˜ao e conte´udos adicionais, que comp˜oem o OEA. Desta forma s˜ao definidas trˆes categorias:
• Quadro Centralizado: apresenta o conte´udo educacional prin- cipal inserido dentro de um quadro maior contendo os elementos de navega¸c˜ao, identifica¸c˜ao e demais conte´udos, a figura 8a mos- tra uma representa¸c˜ao esquem´atica poss´ıvel desta categoria; • Colunas: apresenta uma ou duas colunas a direita ou esquerda
do conte´udo principal contendo elementos de navega¸c˜ao e liga¸c˜ao para os demais conte´udos, no topo s˜ao apresentados elementos de identifica¸c˜ao e de navega¸c˜ao global, como trilhas de migalhas, elementos de navega¸c˜ao local aparecem muitas vez na parte infe- rior ta tela. A figura 8b mostra uma representa¸c˜ao esquem´atica poss´ıvel desta categoria;
• Quadro ´Unico: Nesta classe a informa¸c˜ao ´e apresentado em um ´
unico quadro permeada de elementos de navega¸c˜ao local e liga¸c˜oes para demais conte´udos, no cabe¸calho podem ser encontrados ele- mentos de navega¸c˜ao global e identifica¸c˜ao. A figura 8c mostra uma representa¸c˜ao esquem´atica poss´ıvel desta categoria.
Figura 8 – Representa¸c˜ao esquem´atica das classe da taxonomia de ar- quitetura de informa¸c˜ao para OEAs. a)Quadro Centralizado b)Colunas c) Quadro ´Unico. Fonte: Pereira (2014d) adaptado pelo autor.
A an´alise das referˆencias e t´ecnicas expostas nesta se¸c˜ao tem por objetivo auxiliar na proposta de novos metadados capazes de suprir as lacunas existentes nos conjuntos atuais. Esta an´alise n˜ao foi pretendida de forma exaustiva e simplesmente representa suporte para a constru¸c˜ao de um dos conjuntos poss´ıveis de metadados.
3 SISTEMAS E FERRAMENTAS DE AVALIAC¸ ˜AO DE ATENC¸ ˜AO
A fim de alcan¸car os objetivos propostos para este trabalho ´e necess´ario estabelecer uma forma de avaliar a Aten¸c˜ao em sujeitos du- rante o uso de OEAs.
Sistemas de EEG se apresentam como alternativas vi´aveis para a monitora¸c˜ao de atividade atencional. Uma vez que estes tem a capa- cidade de medir ondas cerebrais relacionadas a aten¸c˜ao, sua utiliza¸c˜ao ´e n˜ao invasiva e ´e mais econˆomica que outros sistemas, neste trabalho o EEG ´e utilizado como ferramenta para a monitora¸c˜ao de aten¸c˜ao. 3.1 SISTEMA DE MONITORAMENTO DE ATENC¸ ˜AO
3.1.1 Equipamentos
Para a execu¸c˜ao desta pesquisa o sistema de EEG escolhido foi o Neurosky Mindwave Mobile(NMM)1. A figura 9 mostra o equipamento utilizado.
Figura 9 – Equipamento de EEG Neurosky Mindwave Mobile(esquerda) e sua forma de utiliza¸c˜ao(direita). Fonte: (NEUROSKY, 2014)
Os crit´erios para a escolha deste equipamento s˜ao:
• Sistema de Eletrodo ´Unico Seco: neste tipo de EEG n˜ao ´e ne- cess´ario a utiliza¸c˜ao de nenhuma substˆancia ou solu¸c˜ao entre a pele e o eletrodo. Isto torna o processo de teste mais ´agil e diminui o incomodo dos sujeitos envolvidos. Johnstone, Blackman e Brug- gemann (2012) mostra que os resultados obtidos com este tipo de EEG s˜ao compar´aveis com os esperados em outros equipamentos que fazem uso de diversos sensores e substˆancias condutoras, para os sinais e ondas cerebrais envolvidos;
• F´acil acesso aos dados: o equipamento se comunica com um com- putador atrav´es de Bluetooth o que torna os dados acess´ıveis para posterior an´alise e tratamento(NEUROSKY, 2010);
• Baixo Custo: o sistema pode ser considerado de baixo custo2. Este fato ´e relevante uma vez que viabiliza a execu¸c˜ao desta pes- quisa e possibilita, se necess´ario, a reposi¸c˜ao dos equipamentos; • Medidas eSense: o equipamento fornece valores, denominadas
Medidas eSense, referentes a estados mentais. Os valores variam de 0 a 100 ´e s˜ao relacionados a Aten¸c˜ao e medita¸c˜ao(NEUROSKY,
2009).
As caracter´ısticas b´asicas do equipamento segundo o fabricante(NEUROSKY,
2014) s˜ao:
• Alimenta¸c˜ao com uma pilha AAA de 1,5V com 8h de autonomia; • Comunica¸c˜ao Bluetooth v2.1 at´e 10 metros e Pareamento au-
tom´atico com computador;
• Compatibilidade com dispositivos m´oveis Android e iOS;
Com o dispositivo em funcionamento uma s´erie de dados se tor- nam dispon´ıveis em tempo real. Os sinais e suas taxas de atualiza¸c˜ao s˜ao:
• Sinais brutos(Raw-Brainwaves) 512 valores/s;
• Espectro de potˆencia do EEG na forma de ondas cerebrais(alfa, beta, gama, delta e Theta). As ondas alfa, beta e gama s˜ao divididas em altas e baixa para prop´ositos de an´alise, totalizando 8 valores atualizados uma vez por segundo;
2US$129,00(janeiro/2014). Fonte: http://store.neurosky.com/products/mindwave-
• Medidas eSense de Aten¸c˜ao e medita¸c˜ao, atualizadas uma vez por segundo;
• Detec¸c˜ao de artefatos de EEG, piscar de olhos, atualizado por ocorrˆencia do evento;
• Medida de qualidade de sinais, ru´ıdo e problemas no contato do eletrodo com a pele, atualizado uma vez por segundo.
Neste trabalho s˜ao utilizados nas an´alises os valores eSense de aten¸c˜ao e a medida de qualidade de sinal.
3.1.1.1 Medidas eSense
Sobre o equipamento NMM Neurosky (2009, p. 1) afirma:
“. . . the MindSet is able to output two custom measures: ‘Attention’ meter values, which indi- cate the user´s level of mental focus, and ‘Medi- tation’ meter values, which indicate the level of a user´s mental calmness. Together, these meters are referred to as NeuroSky´s eSense meters.” 3
Os valores definidos como Medidas eSense s˜ao oriundos de um algoritmo propriet´ario e mantido sigiloso pelo fabricante do dispositi- voNeurosky (2010), no entanto, o fabricante afirma que s˜ao calculados com base nas ondas cerebrais alfa, beta e gama o que corresponde ao indicado na literatura. Sendo assim, a falta de informa¸c˜oes referentes a forma como os valores s˜ao calculados, impede que estes sejam validados como m´etodos de avalia¸c˜ao de aten¸c˜ao.
A fim de validar o valor da Medida eSense como um m´etodo vi´avel para o monitoramento de Aten¸c˜ao em OEAs s˜ao utilizadas evidˆencias emp´ıricas publicadas e testes que foram executados com os equipamen- tos.
Segundo Crowley et al. (2010) o valor eSense de Aten¸c˜ao faz referˆencia ao foco mental do sujeito em determinada atividade, no seu trabalho o autor mostra a rela¸c˜ao entre altos n´ıveis de estresse e baixos n´ıveis de Aten¸c˜ao e a correla¸c˜ao destes com erros na execu¸c˜ao de uma 3. . . o equipamenta ´e capaz de fornecer duas medidas: valores de “Aten¸c˜ao”, que
fazem referˆencia ao foco mental do usu´ario, e valores de “Medita¸c˜ao” que fazem re- ferencia a calma mental do usu´ario. Juntos estes valores s˜ao referidos como Medidas eSense da NeuroSky.(Tradu¸c˜ao livre)
determinada tarefa, no caso, a conclus˜ao do jogo de Torre de Hanoi4. Rebolledo-Mendez et al. (2009) mostra a utiliza¸c˜ao dos n´ıveis de Aten¸c˜ao como entrada de sistemas de interface entre c´erebro e com- putador5. O equipamento tamb´em ´e diretamente utilizado em outras aplica¸c˜oes envolvendo jogos como em Kuncheva et al. (2011), Jimenez et al. (2011) e Patsis et al. (2013).
A aplica¸c˜ao com sucesso do equipamento torna a inferˆencia da Aten¸c˜ao com base nas ondas cerebrais desnecess´aria, tarefa que apre- senta um n´ıvel consider´avel de complexidade conforme Ko, Yang e Sim (2009), Larsen (2011) e Maki et al. (2012) e foge ao escopo desta pes- quisa.
Com base nas pesquisa publicadas que utilizam o equipamento ´e poss´ıvel admitir sua validade como m´etodo de monitoramento de aten¸c˜ao, no entanto, devido ao fato de ser baseado em um algoritmo fechado e propriet´ario n˜ao ´e vi´avel inferir qual o m´etodo, base ou teoria utilizado no c´alculo do valor.
3.1.2 Artefatos desenvolvidos
Com a finalidade de operacionalizar testes de monitora¸c˜ao de Aten¸c˜ao com diversos sujeitos foram desenvolvidos uma s´erie de arte- fatos para suporte. Para entender as demandas que justificam estes artefatos ´e necess´ario conhecer a arquitetura do sistema NMM.
O processo b´asico do sistema consiste em enviar dados medidos pelo headset via bluetooth para um computador e torn´a-los dispon´ıveis ao usu´ario. Neste processo a conex˜ao bluetooth compartilha uma porta de comunica¸c˜ao serial entre o headset e o computador, por meio desta porta s˜ao enviados dados para um programa, fornecido pela fabricante do dispositivo, denominado ThinkGear Connector6 que trata os dados e os disponibiliza, por meio de conex˜ao via sockets7 para os usu´arios, fazendo uso do protocolo definido em Neurosky (2010).
4Torre de Han´oi ´e um ”quebra-cabe¸ca”que consiste em uma base contendo trˆes
pinos, em um dos quais s˜ao dispostos alguns discos uns sobre os outros, em ordem crescente de diˆametro, de cima para baixo. O problema consiste em passar todos os discos de um pino para outro qualquer, usando um dos pinos como auxiliar, de maneira que um disco maior nunca fique em cima de outro menor em nenhuma situa¸c˜ao. Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Torre_de_Hanoi
5Brain Computer Interfaces (BCI)
6http://developer.neurosky.com/docs/doku.php?id=thinkgear_connector_
tgc
7Sockets s˜ao a tecnologia b´asica de comunica¸c˜ao do protocolo TCP/IP, e s˜ao
A figura 10 apresenta a arquitetura do sistema NMM. Os artefa- tos desenvolvidos como parte desta pesquisa s˜ao apresentados na figura como sistemas do usu´ario.
Figura 10 – Arquitetura do sistema NeuroSky apresentando o fluxo de dados do equipamento de EEG at´e os sistemas do usu´ario. Fonte: Autor adaptado de (NEUROSKY, 2014)
Foram desenvolvidos ao todo dois artefatos: ConectorNeuroSky e TestesAten¸c˜aoFE.
O ConectorNeuroSky consiste de uma biblioteca escrita em lin- guagem Java com o ferramental necess´ario para acessar o sistema Think- Gear Connector via sockets bem como os tipos de dados envolvidos e classes utilit´arias. O TestesAten¸c˜aoFE consiste em uma interface gr´afica para automa¸c˜ao de teste de Aten¸c˜ao e faz uso do ConectorNeu- roSky para acesso aos dados. Ambos os artefatos podem ser obtidos em: http://goo.gl/tR4vxN8.
A figura 11 apresenta o relacionamento entre as principais classes do artefato ConectorNeuroSky. Destacam-se:
• Classe MedicaoAtencao: Classe que armazena valores de aten¸c˜ao, ´e uma especializa¸c˜ao da super classe Medicao que tamb´em d´a origem a outras classes para cada um dos tipos de dados oriundos do equipamento;
• Classe SubjectTest: armazena todos os dados dos teste realiza- dos, incluindo todo tipo de valores de EEG/eSense mais os dados 8URL completa: https://sites.google.com/site/bpvegc/
Figura 11 – Diagrama de classes do ConectorNeuroSky apresentando al- gumas das principais classes utilizadas na conex˜ao e obten¸c˜ao de dados do equipamento de EEG. Classes auxiliares e similares foram suprimi- das para melhor visualiza¸c˜ao. Fonte: Autor
referente ao sujeito testado;
• Pacote bpv.neurosky.xml: cont´em todas as classes que manipulam dados em xml tem a finalidade de operacionalizar as fun¸c˜oes com volumes grandes de dados de cada teste, tamb´em manipula as configura¸c˜oes do conector;
• Classe ThinkGearSocket: cria a conex˜ao e lˆe os dados do EEG, recebe, por parˆametro um objeto com a interface ThinkGearLis- tener que possui a assinatura dos m´etodos chamados sempre que um novo dado est´a dispon´ıvel.
A documenta¸c˜ao completa de todas as classes comentadas do Co- nectorNeuroSky, bem como os c´odigos fonte em Java podem ser obtidos em: http://goo.gl/tR4vxN9. Estes dados s˜ao fornecidos com a fina- lidade de auxiliar futuros desenvolvedores e pesquisadores a utilizarem os artefatos constru´ıdos.
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E importante salientar que o ConectorNeuroSky n˜ao gerencia testes e n˜ao possui nenhuma fun¸c˜ao pr´opria ou independente, este ar-
tefato deve ser visto como uma biblioteca que pode ser utilizada por outros artefatos com a finalidade de comunicar dados entre o equipa- mento de EEG e os sistemas do usu´ario. Utilizando esta filosofia o TestesAten¸c˜aoFE foi desenvolvido como um gerenciador de teste de Aten¸c˜ao para esta pesquisa.
As fun¸c˜oes do TestesAten¸c˜aoFE s˜ao: gerenciar a conex˜ao entre o ConectorNeuroSky e o ThinkGear Connector ; receber os dados do usu´ario, do OEA e do teste; gerenciar a execu¸c˜ao do teste de aten¸c˜ao; armazenar os dados do teste; recuperar os dados de testes passados e exportar estes dados para outros formatos.
A figura 12 apresenta a interface b´asica do sistema TestesA- ten¸c˜aoFE e os dados referentes ao desenvolvimento. O sistema foi projetado para uso de abas: Status, Teste de Aten¸c˜ao, Andamento do Teste e Exportar dados. Cada aba atua em um momento do teste, mas ´e poss´ıvel alternar entre as abas livremente.
A figura 13 mostra o sistema conectado e recebendo dados do EEG, nesta tela ´e poss´ıvel acompanhar os valores medidos em tempo real nos gr´aficos apresentados, verificar o correto funcionamento e ajuste do equipamento pela barra de sinal na parte inferior. Tamb´em s˜ao apre- sentados os valores num´ericos recebidos no texto abaixo dos gr´aficos. Nesta etapa o sistema n˜ao est´a, necessariamente, gravando os dados recebidos.
Na segunda aba do sistema ´e poss´ıvel informar os dados do su- jeito e do teste. Os dados referentes ao sujeito s˜ao: Nome ou iniciais, sexo, curso, data de nascimento e um conceito escolar. As informa¸c˜oes n˜ao s˜ao opcionais e s˜ao gravadas junto aos dados do EEG para poste- rior an´alise. Os dados referentes ao teste informam qual o n´umero da tentativa, se j´a existiram tentativas anteriores, qual o OEA utilizado, o quanto tempo ser´a gravado. Ap´os os dados serem informados o usu´ario deve clicar no bot˜ao “Iniciar Teste” e automaticamente o sistema passa para a pr´oxima aba iniciando o processo de teste de aten¸c˜ao. A figura 14 apresenta a referida tela do sistema.
Na aba “Andamento do Teste” s˜ao apresentados de forma gr´afica os dados referentes a Aten¸c˜ao medidos, tamb´em ´e apresentado um cronˆometro com a dura¸c˜ao do teste e bot˜oes que permitem interromper o teste, se necess´ario, e salvar os dados do teste ao final. A figura 15 apresenta a tela do sistema com um teste em andamento.
Ao final do teste, tempo limite atingido ou teste cancelado, ´e poss´ıvel salvar os dados do teste em um arquivo, para tanto ap´os clicar no bot˜ao relacionado ´e apresentado ao usu´ario a tela para selecionar o nome do arquivo e acrescentar observa¸c˜oes ao teste. Estas observa¸c˜oes
Figura 12 – Tela inicial do sistema e janela “Sobre”. Fonte: Autor
tem por objetivo registrar qualquer evento externo que seja julgado relevante durante a execu¸c˜ao do teste, por exemplo: desvios de aten¸c˜ao, barulhos, etc.
O sistema tamb´em disponibiliza a aba “Exportar Dados” que permite carregar um arquivo contendo dados de um teste j´a realizado, visualizar os dados referente a as Medidas eSense, qualidade de sinal e demais informa¸c˜oes do teste, e por fim exportar os dados de Aten¸c˜ao no formato CSV - Comma Separated Values que pode ser utilizado em diversos sistemas para outros fins. A figura 16 apresenta a tela de exporta¸c˜ao de dados com um arquivo carregado.
Figura 13 – Tela do sistema e conectado, apresentado gr´afico dos valores recebidos, valores num´ericos e qualidade do sinal. Fonte: Autor
e tem a extens˜ao “.xml.gz ” por padr˜ao, estes arquivos podem ser ma- nipulados utilizando as fun¸c˜oes dispon´ıveis no ConectorNeuroSky ou diretamente por qualquer outro programa capaz de manipular estes formatos, uma vez que s˜ao utilizados somente algoritmos conhecidos isto torna os arquivo compat´ıveis.
Os artefatos desenvolvidos foram feitos de forma a serem rea- proveit´aveis, ou seja, sua aplica¸c˜ao n˜ao se restringe somente a esta pesquisa, podendo ser utilizados para a gera¸c˜ao de insumos para ou- tras pesquisa que utilizem o NMM como equipamento de EEG. Ambos os artefatos s˜ao softwares livres de c´odigo aberto e possuem reposit´orios de onde ´e poss´ıvel obter tanto o c´odigo fonte quanto pacotes para dis- tribui¸c˜ao, os endere¸cos eletrˆonicos dos projetos s˜ao:
• ConectorNeuroSky:
– https://code.google.com/p/conector-neurosky/ • TesteAtencaoFE:
Figura 14 – Tela do sistema onde s˜ao informados os dados do sujeito e